1.概述
MongoDB是一个高性能、可扩展、高可用的开源文档数据库，能够支持面向对象的文档存储模型，并允许开发者使用非常直观的方式进行数据访问。MongoDB支持分布式存储和分布式计算，也就是说，它能够将数据存储在集群中，同时支持集群中各个节点的数据分布式计算。
2.分布式架构的设计
在MongoDB中，分布式存储和计算主要是通过Sharding和Replica Set这两种机制来实现的。
2.1 Sharding机制
Sharding是MongoDB的一种数据分片机制，通过把一个集合（Collection）划分为多个Shard（分片），将数据均分到多个节点上，以达到横向扩展数据库的效果。Sharding机制提供了水平扩展的方式，不断将数据放到更多的Shard中，可以提供更好的性能和稳定性。
MongoDB将所有的数据划分为不同的Shard，每个Shard是一个可独立部署的MongoDB实例，拥有自己的磁盘空间和计算能力。
当客户端向MongoDB集群发送读写请求时，请求首先会被路由到特定的Shard上，然后由Shard来处理具体的请求。MongoDB默认采用基于范围的分片策略（Range-Based Sharding），它会将数据按照指定的分片键（通常是_id字段）划分为若干个连续的范围（Range），这些范围会被均匀地分布到不同的Shard中，因此同一范围内的数据都会被分配到同一个Shard中。
2.2 Replica Set机制
Replica Set是MongoDB的一种冗余备份机制，它可以在多个节点间复制数据，确保备份数据的完整性和可用性。每个Replica Set通常包括一个主节点（Primary）和多个从节点（Secondary），从节点会复制主节点的所有数据，并在主节点宕机时自动接替主节点的功能。
在MongoDB的复制集中，有一个节点充当Primary，它负责所有的写操作和集合（Collection）的元数据管理。当Primary宕机时，MongoDB会根据预设的选举规则选举出一个Secondary来充当新的Primary节点。这种切换方式可以在短时间内完成，且对用户透明。
3.分布式架构的实现
在MongoDB的分布式架构中，Sharding和Replica Set机制的结合使用可以形成一个高性能、高可用、可扩展的分布式数据库架构。下面我们来一步步地完成一个分布式MongoDB的搭建。
3.1 部署MongoDB实例
首先，我们需要在不同的节点上部署MongoDB实例，并设置好每个实例的配置文件。具体的配置文件可以参照MongoDB的官方文档进行配置，下面是一个简单的配置文件样例：
# 数据库文件路径
dbpath=/data/db
# 监听的网络地址
bind_ip=0.0.0.0
# 端口号
port=27017
# 集群名称
replSet=myReplicaSet
# 是否启用分片模式
shardsvr=true
需要注意的是，为了保证数据的安全性，MongoDB的每个实例最好在不同的机器上部署，这样可以将机器故障的影响降到最低，避免单点故障导致整个集群崩溃。
3.2 配置Shard
在准备好MongoDB实例后，下一步我们需要配置Shard，将不同的MongoDB实例加入到集群中。我们可以通过MongoDB的客户端工具mongo来连接MongoDB的一个节点，并执行如下命令创建Shard：
sh.addShard("mongodb://localhost:27017")
这个命令将本地的MongoDB实例加入到了Shard群组中。
3.3 配置Replica Set
MongoDB的Replica Set功能可以保证数据的高可用性，因此为了确保整个分布式MongoDB集群的高可用性，我们需要配置Replica Set来保证数据的冗余备份。我们可以通过如下命令来创建一个新的Replica Set：
rs.initiate(
{
_id : "myReplicaSet",
members: [
{_id: 0, host: "mongo-1:27017"},
{_id: 1, host: "mongo-2:27017"},
{_id: 2, host: "mongo-3:27017"}
]
}
)
这个命令会在多个MongoDB节点上创建一个新的Replica Set，并将所有的副本节点注册到主节点中。
3.4 启用Shard机制
在MongoDB的分布式架构中，Shard群组会分配每个集合的数据存储位置。因此，在向MongoDB中写入数据时，必须要指定数据应该被存储到哪个Shard中。我们可以通过如下命令启用Shard机制：
use myDB
sh.enableSharding("myDB")
这个命令会启用Shard机制，并将Shard群组分配到myDB数据库中。
3.5 配置分片键
在MongoDB中，每个集合都需要有一个分片键（Shard Key），Shard Key能够帮助MongoDB将数据存储到正确的Shard中。我们可以通过下面的命令为一个指定的集合配置分片键：
db.myCollection.createIndex({_id: "hashed"})
sh.shardCollection("myDB.myCollection", {_id: "hashed"})
这个命令将myCollection集合的分片键指定为_id字段，并使用哈希函数对_id进行分片，然后将该集合的数据分散存储到各个Shard中。
4.总结
分布式架构是MongoDB的一大特色，通过Sharding和Replica Set机制，MongoDB能够将数据存储到多个节点上，以实现数据的高性能、高可用性和可扩展性。为了完成一个分布式MongoDB的搭建，我们需要首先部署MongoDB实例，然后配置Shard和Replica Set，最后启用Shard机制和配置分片键。通过分布式MongoDB的建立，我们可以实现数据的分布式存储和计算，以支持大规模的数据处理和高并发的数据访问。